减水剂已成为现代混凝土中必不可少的组分。聚合物乳液则常用来改善水泥砂浆的力学性能、防水性等多种性能,称为聚合物改性砂浆。乳化沥青与水泥复合的水泥沥青砂浆作为一种特殊缓冲垫层材料在高铁建设中大量应用。减水剂、聚合物乳液、乳化沥青(本文统称为“化学外加剂”)加入到水泥基材料中,往往显著影响其早期工作性。但长期以来,关于化学外加剂影响新拌水泥基材料工作性的规律与作用机理等基础理论研究,严重滞后于产业发展,业已成为束缚新型高效外加剂与高性能复合水泥基材料进一步发展的瓶颈。流变性是表征水泥基材料工作性的重要内容,与体系的微观结构密切相关。本文旨在揭示新拌水泥基材料流变性与其微观结构的关系。基于流变学理论,分别选取不同尺度的化学外加剂:减水剂(10~100 nm)、聚合物乳液(100~1000 nm)和乳化沥青(1~10μm),研究其对新拌浆体流变性的影响规律和作用机理。首先,测定流动度、屈服应力与塑性粘度随水灰比、外加剂掺量、温度和时间的变化;采用光学微流变仪研究浆体的粘弹性变化。其次,采用显微镜直接观测与定量统计分析等手段,分析浆体微观结构特征。之后,针对不同分子结构特征的聚羧酸聚合物,采用吸附量、zeta电位与水化量热仪等测试手段,揭示外加剂改变浆体流变性的机理。最后,基于浆体微结构特征与上述作用机理,抽象出微结构概念模型,并引入相对水化程度的概念,建立流变演化模型与归一化流变模型。此外,将外加剂对新拌浆体的影响延伸到硬化浆体,揭示其改变孔结构与抗渗性的机理。研究表明,减水剂、乳液与乳化沥青均通过吸附-解絮凝改变新拌浆体微结构,从而影响浆体流变性;同时乳液与乳化沥青也会因增加固相体积分数而导致流变性的改变。作为一活性反应体系,水泥水化的进行持续改变新拌水泥浆体的微观结构从而导致其流变性不断变化;时间与温度均通过改变水化程度来影响流变性;温度对乳液与乳化沥青稳定性的影响也会改变浆体的流变性。论文主要学术贡献:1)明确了水灰比、外加剂掺量、温度和时间影响下浆体的流变规律;2)定量描述了浆体显微结构并建立了显微结构与流变性的关联;3)明确了含不同官能团的聚羧酸聚合物的吸附与延缓水化的异同;4)揭示了聚羧酸与萘系减水剂作用机理的异同;5)提出了以相对水化程度的概念表征时间和温度对流变性的影响机制;6)建立了新拌浆体微结构模型与流变模型。以上研究成果为新型高效外加剂的研发、高性能水泥基复合材料的进一步发展提供理论指导。